差动变压式传感器及其应用ppt课件.ppt
主要内容1.1 差动变压式传感器分类1.2 具体分类的原理1.3 差动变压式传感器应用,第一章 差动变压式传感器,1.1 差动变压式传感器分类,按结构来分可以分为： 变隙式差动变压器螺线管式差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器,由衔铁、初级线圈、次级线圈、线圈框架组成。W1a及W1b为初级绕组，W2a及W2b为次级绕组，C为衔铁。,为反映差值互感，将两个初级绕组的同名端顺向串联，并施加交流电压U1两个次级绕组的同名端反向串联，同时测量串联后的合成电势U2。,1. 工作原理,3.2 差动变压器,当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有a0=b0=0。则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，差动变压器输出电压：U2=e2a-e2b=0。,3.2 差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器,在实际应用中当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使ab，互感MaMb，两次级绕组的互感电势e2ae2b，输出电压U2=e2a-e2b0，即差动变压器有电压输出， 此电压的大小与极性将反映被测体位移的大小和方向。,3.2 差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器,2. 输出特性,在忽略铁耗（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏感以及变压器次级开路（或负载阻抗足够大）的条件下等效电路。 r1a与L1a , r1b与L1b , r2a与L2a , r2b与L2b，分别为W1a , W1b , W2a, W2b绕组的电阻与电感。,3.2 差动变压器,当r1aL1a，r1bL1b时，如果不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响，得变隙式差动变压器输出电压U2的表达式，即,分析：当衔铁处于初始平衡位置时，因a=b=0， 则U2=0。如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动（假设向上移动为正）时，则有a=0-， b=0+，代入上式可得,3.2.1 变隙式差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.1 变隙式差动变压器,上式表明：变压器输出电压与衔铁位移量/0成正比。“”号的意义:当衔铁向上移动时，/0定义为正，变压器输出电压与输入电压Ui反相（相位差180）；当衔铁向下移动时，/0则为-|/0|，表明Uo与Ui同相。,1.2.1 变隙式差动变压器,3.2 差动变压器,变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为,3.2.1 变隙式差动变压器,提高灵敏度的方法: 适当提高电源的幅值可以提高灵敏度K值增加W2/W1的比值减小0都能使灵敏度K值提高。,1.2.1 变隙式差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.1 变隙式差动变压器,变隙式差动变压器输出电压U2与位移的关系曲线。,零点残余电压：差动变压器可动衔铁处在中间位置时，理想条件下U0=0；而实际U0为几mV到几十mV。（严格对称）,1.2.1 变隙式差动变压器,3.2 差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器1.2.2 螺线管式差动变压器1.2.3 差动变压器应用,3.2 差动变压器,1.2.2 螺线管式差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.2 螺线管式差动变压器,1.工作原理,1.2.2 螺线管式差动变压器,3.2.2 螺线管式差动变压器,1.工作原理,两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路。,1.2.2 螺线管式差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.2 螺线管式差动变压器,1.工作原理,当初级绕组加以激励电压U时, 根据变压器的工作原理,在两个次级绕组W2a和W2b中便会产生感应电势E2a和E2b如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时, 必然会使两互感M1=M2。根据电磁感应原理, 将有E2a=E2b。由于变压器两次级绕组反相串联, 因而Uo=E2a-E2b=0，即差动变压器输出电压为零。,3.2 差动变压器,3.2.2 螺线管式差动变压器,当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使M1M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小。因为Uo=E2a-E2b，所以当E2a、E2b 随着衔铁位移x变化时， Uo也必将随x而变化。,1.2.2 螺线管式差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.2 螺线管式差动变压器,当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压不等于零。把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作Uo，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。,1.2.2 螺线管式差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.2 螺线管式差动变压器,零点残余电压产生的主要原因：由传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称以及磁性材料的非线性等引起的。,1.2.2 螺线管式差动变压器,3.2 差动变压器,1.2.1 变隙式差动变压器1.2.2 螺线管式差动变压器1.2.3 差动变压器应用,3.2 差动变压器,1.2 差动变压器,3.2.3 差动变压器应用,可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。 ,测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连， 此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以x(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。,1.2.3 差动变压器应用,3.2 差动变压器,差动变压器式加速度传感器,3.2 差动变压器,
